基金项目：浙江省畜牧产业技术项目，浙江省农业重大技术协同推广计划（2019XTTGXM02-3），浙江省“三农六方”科技协作项目（2019SNLF019，2020SNLF019），浙江省畜禽绿色生态健康养殖应用技术研究重点实验室项目（KLGEH001），浙江省团队科技特派员结对服务计划
围产期期间母牛的生理会发生极大的变化，而这会导致母牛生理活动发生巨大变化，从而对乳牛的健康与生产性能造成负面影响。运用甜菜碱作为饲料添加剂，可以有效改善围产期乳牛新陈代谢，改善乳牛健康，延长乳牛生产寿命。甜菜碱通过甜菜碱/蛋氨酸的代谢循环和叶酸/四氢叶酸的代谢循环提供甲基。同时甜菜碱具备改善瘤胃功能，对提高子代体质与生产性能也有益处。甜菜碱的应用还存在着多个问题，需要更多研究来加以解决。
一、 背景
围产期是乳牛生理急剧变化的时期。此时，胎儿分娩与大量泌乳对母体生理结构的改变，会对母牛新陈代谢与内分泌产生巨大压力，对母牛的生理健康与生产性能产生负面影响。围产期乳牛对于脂肪酸，糖类与氨基酸需求成倍增加；孕期反应会导致母体采食量下降，母体大量动员营养储备，降低母牛的生产性能与生理机能，甚至产生氧化应激、免疫抑制及炎症反应，进而导致各种代谢性疾病，危害母体牛的健康，降低乳牛的生产性能，甚至导致乳牛淘汰，造成经济损失。因此，通过加强围产期乳牛的管理，日粮成分调整，添加饲粮添加剂等方式降低围产期乳牛的代谢性疾病发病率，改善乳牛健康，延长乳牛生产寿命成为提高乳牛生产效能有效途径。目前，添加饲粮添加剂研究应用较完善，甜菜碱，赖氨酸与蛋氨酸已投入实际应用。
二、 甜菜碱简介
甜菜碱是一种菱状的白色晶体，味稍甘，易受潮，具有一定抗氧化性和保湿性。最初从甜菜糖蜜中提取出来，广泛存在于动植物体内[4]。因其无毒、无害、无残留及无污染被应用于畜牧业。甜菜碱分为外源性与内源性甜菜碱，研究表明内源性甜菜碱不能满足动物的营养需求，需外源性甜菜碱补充[5]。甜菜碱主要参与甜菜碱/蛋氨酸的代谢循环和叶酸/四氢叶酸的代谢循环和高半胱氨酸的转硫代谢（见图1）。
图1 甜菜碱参与体内循环[5]
Fig. 1 betaine is mainly involved in two internal circulation
三、 甜菜碱应用
1、甜菜碱作为甲基的重要来源
甲基是动物体内新陈代谢的重要物质，参与脂肪代谢及嘧啶合成等过程。机体的甲基主要来源于胆碱、蛋氨酸、甜菜碱和S-腺苷蛋氨酸，由于胆碱和蛋氨酸需先活化才能提供有效甲基,S-腺苷蛋氨酸会被机体直接利用，所以甜菜碱提供甲基的损耗率最低。另外，甜菜碱含有三个活性状态甲基，可提供大量高效甲基。从以上两方面来看，甜菜碱是最有效的甲基供体。
甜菜提供甲基的方式主要是甜菜碱/蛋氨酸的代谢循环和叶酸/四氢叶酸的代谢循环与高半胱氨酸的转硫代谢机制。甜菜碱/蛋氨酸循环中甜菜碱主要是为高半胱氨酸转化成蛋氨酸提供甲基。甜菜碱可在甜菜碱-高半胱氨酸–S–甲基转移酶的催化下生成二甲基甘氨酸和甲基，二甲基甘氨酸可进一步分解生成一甲基甘氨酸、甘氨酸和丝氨酸，甲基可用于促使高半胱氨酸合成蛋氨酸。而蛋氨酸可通过蛋氨酸腺苷转移酶生成S-腺苷蛋氨酸。S-腺苷蛋氨酸通过DNA甲基转移酶进行DNA甲基化，磷脂酰乙醇胺甲基转移酶生成S-腺苷高半胱氨酸，而S-腺苷高半胱氨酸通过S腺苷高半胱氨酸水解酶生成高半胱氨酸进入后续的高半胱氨酸的转硫代谢。在高半胱氨酸的转硫代谢中，通过可通过叶酸/四氢叶酸循环及甲基转移酶重新生成蛋氨酸，甜菜碱可为叶酸代谢提供甲基。也可通过转硫作用形成胱硫醚，进而生成半胱氨酸，半胱氨酸生成牛磺酸或者进入谷胱甘肽代谢途径生成谷胱甘肽。通过在日粮中增加甜菜碱，可以提高动物生长性能，降低胴体脂肪，改善酮体品质，调节机体脂肪代谢及氨基酸代谢等作用。相关应用研究研究发现，对羊饲喂甜菜碱后，动物肝脏中的蛋氨酸循环明显增强，使甜菜碱通过甜菜碱-高半胱氨酸-S-甲基转移酶发挥供甲基作用，相互促进。
2、 甜菜碱能改善瘤胃功能
甜菜碱还可以改善瘤胃发酵功能，相关研究显示随着甜菜碱添加剂量提升，乳牛瘤胃内pH和氨氮浓度线性降低，总挥发性脂肪酸和乙酸，丙酸比例呈线性增加趋势。另外甜菜碱乳牛饲料中干物质、粗蛋白质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维消化率也呈线性或二次增加趋势。另外，甜菜碱可降低瘤胃体外发酵pH，提高产气量、氨氮及菌体蛋白含量，并呈剂量依赖性。通过改善瘤胃的发酵功能，可以提高乳牛的消化吸收营养物质能力，改善乳牛的营养物质摄取，提高乳牛的生产机能，并且为孕期和哺乳期提供更多营养，间接提高子代牛犊的体质与生产能力。
3、甜菜碱提高子代体质与生产性能
妊娠期母牛通过添加甜菜碱，可改变其内分泌、胎盘转运及DNA甲基化等多种生理功能，影响子代初生重、肝脏代谢及免疫性能，对子代后续生长起关键作用。甜菜碱可通过母体影响子代，影响表观遗传，符合母子一体化饲养理念。
甜菜碱还具有诱食作用，可以提升乳牛的进食量，提高营养物质的补充量，促进乳牛生长与生产，还可以改善饲料效率，降低饲料的损失与浪费。汪以真等研究发现，甜菜碱可以提高猪血清中生长激素含量，促进猪生长。
由于甜菜碱分子内电荷分布为中性，可调节细胞渗透压，加强畜禽抵抗外界刺激的作用。尤其当乳牛处于夏季热应激状态时，补充甜菜碱可缓解热应激，且随着甜菜碱的添加量增加，乳牛直肠温度有下降趋势，产奶量有升高趋势 。
四、存在问题
甜菜碱作为已经部分投入应用的饲粮添加剂，在动物生长发育过程中具有重要的调节作用。目前，甜菜碱的应用还存在着多个问题：
①甜菜碱在不同动物不同生长阶段的添加量有待进一步研究明确；②甜菜碱与其他甲基供体之间拮抗或互作关系及脂肪代谢关系的机理需进一步研究；③甜菜碱能否真正替代其他甲基供体发挥作用。④反刍动物上具体应用方式与要求仍需进一步研究。
五、总结一下
甜菜碱生产工艺简单，产量大，价格低廉，且不良反应较少，具有良好应用价值，应用前景广阔。但甜菜碱也存在诸多问题，需要进一步研究解决。今后，应用基因组学、转录组学、蛋白组学等学科手段，研究甜菜碱作用机制和在乳牛不同饲养阶段中最适用量和最适添加方式为甜菜碱应用于乳牛研究的主要方向。同时研究将甜菜碱运用于乳牛母子一体化饲养中，提高母体的生产效能与生产寿命，改善子代的表观遗传，提高子代的生产性能与抗病力。
作者：俞佳妃 杨金勇 周华林 毛家真 马文佳 王 翀（博士 教授） 高晨阳
